TPL: 一个新的C++正则表达式(regex)库
2012-07-24 16:18
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概要
C++ 中正则表达式(regex)库已经很多。光 boost 中就有3个:regex、spirit、xpressive。那么我们为什么还需要一个新的呢?多数正则表达式库都需要一个编译(compile)过程。即:通过解释一个正则表达式的字符串(pattern)来生成该正则表达式的内部表示(字节码)。例如 boost regex 就是这样。这类我们称之为动态正则表达式库。
spirit、xpressive 例外。他们直接通过重载 C++ 的操作符来表达一个正则表达式。在你用C++语法描述完一个正则表达式,它已经是内部表示(被C++编译器编译成了机器码)。这一类我们称之为静态正则表达式库。
静态正则表达式库的好处主要有二:
性能好。由于匹配代码直接编译成为了机器码,故此通常性能会好过动态的正则表达式。
与 C++ 语言可形成良好的互动。可以非常容易在正则表达式中获得执行C++代码的时机。
缺点:
正则表达式必须在编译期确定。如果你希望用户可以输入一个正则表达式,那么静态正则表达式库不能直接满足你的需求。
TPL 属于静态正则表达式库。本文也不准备讨论动态正则表达式。需要指出,xpressive 既支持动态正则表达式,也支持静态的正则表达式,但是我们并不考虑其动态正则表达式部分。
TPL 全称为 Text Processing Library(文本处理库)。spirit、xpressive 是很好的东西,实现 TPL 库中对这两者有所借鉴。
说起来开发 TPL 库的理由看起来挺好笑的:原因是 spirit、xpressive 太慢。不是执行慢,而是编译慢。我的机器算起来也不算差,但是每次修改一点点代码,编译过程都等待半天,实在受不了这样的开发效率。
从机理上讲,TPL 并无特别让人振奋之处。该有的 spirit、xpressive 相信都有了。三者都基于“表达式模板(Expression Templates)” 这样的技术。
闲话少说,这里给几个实际的样例让大家感受下:
样例一:识别以空格分隔的浮点数并放入vector中
代码:tpl/test/testtpl/Simplest.cpp#include <vector> #include <tpl/RegExp.h> using namespace tpl; // What we use: // * Rules: /assign(), %, real(), ws() // * Matching: tpl::simple::match() void simplest() { std::vector<double> values; // you can change vector to other stl containers. if ( simple::match( "-.1 -0.1 +32. -22323.2e+12", real()/assign(values) % ws()) ) { for ( std::vector<double>::iterator it = values.begin(); it != values.end(); ++it) { std::cout << *it << "\n"; } } }
输出:
-0.1 -0.1 -32 -2.23232e+016
解释:
以上代码我相信比较难以理解的是 / 和 % 算符。
/ 符号我称之为“约束”或“动作”。它是在一个规则(Rule)匹配成功后执行的额外操作。这个额外的操作可能是:
使用另一个Rule进行进一步的数据合法性检查。
赋值(本例就是)。
打印调试信息(正则表达式匹配比较难以跟踪,故此 Debug 能力也是 TPL 的一个关注点)。
其他用户自定义动作。
% 符号是列表算符(非常有用)。A % B 等价于 A (B A)* 这样的正则表达式。可匹配 ABABAB..A 这样的串。一个典型案例是用它匹配函数参数列表。
样例二:识别以逗号分隔的浮点数并放入vector中
代码:tpl/test/testtpl/SimpleGrammar.cpp// A simple grammar example. // What we use: // * Rules: /assign(), %, real(), gr(','), skipws() // * Matching: tpl::simple::match() void simple_grammar() { simple::Allocator alloc; std::vector<double> values; // you can change vector to other stl containers. if ( simple::match( " -.1 , -0.1 , +32. , -22323.2e+12 ", real()/assign(values) % gr(','), skipws(), alloc) ) { for ( std::vector<double>::iterator it = values.begin(); it != values.end(); ++it) { std::cout << *it << "\n"; } } }
输出:与样例一相同。
解释:尽管看起来好像没有发生太大的变化。但是这两个样例本质上是不同的。主要体现在:
正则表达式的类型不同。real()/assign(values) % ws() 是一个Rule。而 real()/assign(values) % gr(',') 是一个 Grammar。简单来说,Rule 可以认为是词法级别的东西。Grammar 是语法级别的东西。Grammar 的特点在于,它匹配一个语法单元前,总会先调用一个名为Skipper的特殊Rule。上例中 Skipper 为 skipws()。
两个 match 的原型不同。第一个match的原型是:match(Source, Rule), 第二个match的原型是:match(Source, Grammar, Skipper, Allocator)。
第二个例子如果用 Rule 而不是用 Grammar 写,看起来是这样的:
if ( simple::match( " -.1 , -0.1 , +32. , -22323.2e+12 ", (skipws() + real()/assign(values)) % (skipws() + ',')) ) ...
你可能认为这并不复杂。单对这个例子而言,确实看起来如此。但是如果你这样想,不妨用 Rule 做下下面这个例子。
样例三:运算器(Calculator)
功能:可处理+-*/四则运算、()、函数调用(sin, cos, pow)。代码:tpl/test/testtpl/Calculator2.cpp (呵呵,只有60行代码哦!)#include <stack> #include <tpl/RegExp.h> #include <tpl/ext/Calculator.h> #include <cmath> using namespace tpl; void calculate2() { typedef SimpleImplementation impl; // ---- define rules ---- impl::Allocator alloc; std::stack<double> stk; impl::Grammar::Var rFactor; impl::Grammar rMul( alloc, '*' + rFactor/calc<std::multiplies>(stk) ); impl::Grammar rDiv( alloc, '/' + rFactor/calc<std::divides>(stk) ); impl::Grammar rTerm( alloc, rFactor + *(rMul | rDiv) ); impl::Grammar rAdd( alloc, '+' + rTerm/calc<std::plus>(stk) ); impl::Grammar rSub( alloc, '-' + rTerm/calc<std::minus>(stk) ); impl::Grammar rExpr( alloc, rTerm + *(rAdd | rSub) ); impl::Rule rFun( alloc, "sin"/calc(stk, sin) | "cos"/calc(stk, cos) | "pow"/calc(stk, pow) ); rFactor.assign( alloc, real()/assign(stk) | '-' + rFactor/calc<std::negate>(stk) | '(' + rExpr + ')' | (gr(c_symbol()) + '(' + rExpr % ',' + ')')/(gr(rFun) + '(') | '+' + rFactor ); // ---- do match ---- for (;;) { std::string strExp; std::cout << "input an expression (q to quit): "; if (!std::getline(std::cin, strExp) || strExp == "q") { std::cout << '\n'; break; } try { while ( !stk.empty() ) stk.pop(); if ( !impl::match(strExp.c_str(), rExpr + eos(), skipws(), alloc) ) std::cout << ">>> ERROR: invalid expression!\n"; else std::cout << stk.top() << "\n"; } catch (const std::logic_error& e) { std::cout << ">>> ERROR: " << e.what() << "\n"; } } } // -------------------------------------------------------------------------
解释:
Grammar::Var 用于定义一个未赋值即被引用的Grammar。相应地,我们也有 Rule::Var。
gr(Rule) 是将一个 Rule 转换为 Grammar。
SimpleImplementation 是什么?嗯,这个下回聊。
<tpl/ext/Calculator.h> 并不属于 tpl regex 库。代码也不多。参见:tpl/ext/Calculator.h
TPL的样例See http://winx.googlecode.com/svn/trunk/tpl/examples/.
目前 tpl/RegExp.h (正则库)相关的样例有:
simplest: 最简单TPL样例,类似Hello, world!
grammar: 还是简单样例,稍微加了点复杂性。
urlparams: 用TPL分析url参数。即prop1=val1&prop2=val2&prop3=val3…
calculator: 用TPL实现一个计算器。支持+-*/、()、sin/cos/pow/max
removecomments: 删除C++代码中的注释。
removecomments2: 还是C++代码中的注释。但是使用了tpl/c/Lex.h扩展模块。
includefiles: 提取C++源文件中的include文件列表。可改善下做代码依赖关系的定性分析。
目前 tpl/Emulator.h (虚拟机)相关的样例有:
emulator: 演示我们的虚拟机汇编指令。
variant: 演示虚拟机的类型系统。
TPL工程主页及下载地址主页:http://code.google.com/p/libtpl/
下载地址:http://code.google.com/p/libtpl/downloads/list
文章出处:http://www.diybl.com/course/3_program/c++/cppsl/2008625/128227.html
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